圖解 Docker 架構(gòu)
來源：t.cn/RdiV7Sn | 作者：胡偉煌
01 Docker 的總體架構(gòu)
Docker 是一個(gè) C/S 模式的架構(gòu)，后端是一個(gè)松耦合架構(gòu)，模塊各司其職。下圖是它的總體架構(gòu)圖：
1 用戶是使用 Docker Client 與 Docker Daemon 建立通信，并發(fā)送請(qǐng)求給后者。
2 Docker Daemon 作為 Docker 架構(gòu)中的主體部分，首先提供 Docker Server 的功能使其可以接受 Docker Client 的請(qǐng)求。
3 Docker Engine 執(zhí)行 Docker 內(nèi)部的一系列工作，每一項(xiàng)工作都是以一個(gè) Job 的形式的存在。
4 Job 的運(yùn)行過程中，當(dāng)需要容器鏡像時(shí)，則從 Docker Registry 中下載鏡像，并通過鏡像管理驅(qū)動(dòng) Graphdriver 將下載鏡像以 Graph 的形式存儲(chǔ)。
5 當(dāng)需要為 Docker 創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)管理驅(qū)動(dòng) Networkdriver 創(chuàng)建并配置 Docker容器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
6 當(dāng)需要限制 Docker 容器運(yùn)行資源或執(zhí)行用戶指令等操作時(shí)，則通過 Execdriver 來完成。
02 Docker 各模塊組件分析
2.1 Docker Client「發(fā)起請(qǐng)求」
1 Docker Client 是 和 Docker Daemon 建立通信的客戶端。用戶使用的可執(zhí)行文件為 docker（一個(gè)命令行可執(zhí)行文件），docker 命令使用后接參數(shù)的形式來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的請(qǐng)求命令（例如：docker images，docker 為命令不可變，images 為參數(shù)可變）。
2 Docker Client 可以通過以下三種方式和 Docker Daemon 建立通信：tcp://host:port、unix://pathtosocket 和 fd://socketfd
3 Docker Client 發(fā)送容器管理請(qǐng)求后，由 Docker Daemon 接受并處理請(qǐng)求，當(dāng) Docker Client 接收到返回的請(qǐng)求相應(yīng)并簡單處理后，Docker Client 一次完整的生命周期就結(jié)束了。(一次完整的請(qǐng)求：發(fā)送請(qǐng)求→處理請(qǐng)求→返回結(jié)果)，與傳統(tǒng)的 C/S 架構(gòu)請(qǐng)求流程并無不同。
2.2 Docker Daemon（后臺(tái)守護(hù)進(jìn)程）
Docker daemon 架構(gòu)圖
Docker Server 架構(gòu)圖
1 Docker Server 相當(dāng)于 C/S 架構(gòu)的服務(wù)端。功能為接受并調(diào)度分發(fā) Docker Client 發(fā)送的請(qǐng)求。接受請(qǐng)求后，Docker Server 通過路由與分發(fā)調(diào)度，找到相應(yīng)的 Handler 來執(zhí)行請(qǐng)求。
2 在 Docker 的啟動(dòng)過程中，通過包 gorilla/mux 創(chuàng)建了一個(gè) mux.Router 來提供請(qǐng)求的路由功能。在 Golang 中 gorilla/mux 是一個(gè)強(qiáng)大的 URL 路由器以及調(diào)度分發(fā)器。該 mux.Router 中添加了眾多的路由項(xiàng)，每一個(gè)路由項(xiàng)由 HTTP 請(qǐng)求方法（PUT、POST、GET 或DELETE）、URL、Handler 三部分組成。
2.3 Docker Engine
5 Docker Engine 是 Docker 架構(gòu)中的運(yùn)行引擎，同時(shí)也 Docker 運(yùn)行的核心模塊。它扮演 Docker Container 存儲(chǔ)倉庫的角色，并且通過執(zhí)行 Job 的方式來操縱管理這些容器。
6 在 Docker Engine 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程中，有一個(gè) Handler 對(duì)象。該 Handler 對(duì)象存儲(chǔ)的都是關(guān)于眾多特定 Job 的 Handler 處理訪問。舉例說明: Docker Engine 的Handler 對(duì)象中有一項(xiàng)為：{“create”: daemon.ContainerCreate,}，則說明當(dāng)名為”create” 的 Job 在運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行的是 daemon.ContainerCreate 的 Handler。
Job
1 一個(gè) Job 可以認(rèn)為是 Docker 架構(gòu)中 Docker Engine 內(nèi)部最基本的工作執(zhí)行單元。Docker 可以做的每一項(xiàng)工作，都可以抽象為一個(gè) Job。例如：在容器內(nèi)部運(yùn)行一個(gè)進(jìn)程，這是一個(gè) Job；創(chuàng)建一個(gè)新的容器，這是一個(gè) Job。Docker Server 的運(yùn)行過程也是一個(gè) Job，名為 ServeApi。
2 Job 的設(shè)計(jì)者，把 Job 設(shè)計(jì)得與 Unix 進(jìn)程相仿。比如說：Job 有一個(gè)名稱、有參數(shù)、有環(huán)境變量、有標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出、有錯(cuò)誤處理，有返回狀態(tài)等。
2.4 Docker Registry(鏡像注冊(cè)中心)
1 Docker Registry 是一個(gè)存儲(chǔ)容器鏡像的倉庫（注冊(cè)中心），可理解為云端鏡像倉庫。按 Repository 來分類，docker pull 按照 [repository]:[tag] 來精確定義一個(gè)具體的 Image。
2 在 Docker 的運(yùn)行過程中，Docker Daemon 會(huì)與 Docker Registry 通信，并實(shí)現(xiàn)搜索鏡像、下載鏡像、上傳鏡像三個(gè)功能，這三個(gè)功能對(duì)應(yīng)的 Job 名稱分別為：“search”、”pull” 與 “push”。
3 Docker Registry 可分為公有倉庫（ Docker Hub）和私有倉庫。
2.5 Graph 「Docker 內(nèi)部數(shù)據(jù)庫」
Graph 架構(gòu)圖
Repository
1 已下載鏡像的保管者（包括下載的鏡像和通過 Dockerfile 構(gòu)建的鏡像）。
2 一個(gè) Repository 表示某類鏡像的倉庫（例如：Ubuntu），同一個(gè) Repository 內(nèi)的鏡像用 Tag 來區(qū)分（表示同一類鏡像的不同標(biāo)簽或版本）。一個(gè) Registry 包含多個(gè)Repository，一個(gè) Repository 包含同類型的多個(gè) Image。
3 鏡像的存儲(chǔ)類型有 Aufs、Devicemapper、Btrfs、Vfs等。其中 CentOS 系統(tǒng) 7.x 以下版本使用 Devicemapper 的存儲(chǔ)類型。
4 同時(shí)在 Graph 的本地目錄中存儲(chǔ)有關(guān)于每一個(gè)的容器鏡像具體信息，包含有：該容器鏡像的元數(shù)據(jù)、容器鏡像的大小信息、以及該容器鏡像所代表的具體 rootfs。
GraphDB
1 已下載容器鏡像之間關(guān)系的記錄者。
2 GraphDB 是一個(gè)構(gòu)建在 SQLite 之上的小型數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)的命名以及節(jié)點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的記錄。
2.6 Driver 「執(zhí)行部分」
Driver 是 Docker 架構(gòu)中的驅(qū)動(dòng)模塊。通過 Driver 驅(qū)動(dòng)，Docker 可以實(shí)現(xiàn)對(duì) Docker 容器執(zhí)行環(huán)境的定制。即 Graph 負(fù)責(zé)鏡像的存儲(chǔ)，Driver 負(fù)責(zé)容器的執(zhí)行。
Graphdriver
Graphdriver 架構(gòu)圖
1 Graphdriver 主要用于完成容器鏡像的管理，包括存儲(chǔ)與獲取。
2 存儲(chǔ)：docker pull 下載的鏡像由 Graphdriver 存儲(chǔ)到本地的指定目錄( Graph 中 )。
3 獲?。篸ocker run（create）用鏡像來創(chuàng)建容器的時(shí)候由 Graphdriver 到本地 Graph中獲取鏡像。
Networkdriver
Networkdriver 架構(gòu)圖
Networkdriver 的用途是完成 Docker 容器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的配置，其中包括:
Docker 啟動(dòng)時(shí)為 Docker 環(huán)境創(chuàng)建網(wǎng)橋。
Docker 容器創(chuàng)建時(shí)為其創(chuàng)建專屬虛擬網(wǎng)卡設(shè)備。
Docker 容器分配IP、端口并與宿主機(jī)做端口映射，設(shè)置容器防火墻策略等。
Execdriver
Execdriver 架構(gòu)圖
1 Execdriver 作為 Docker 容器的執(zhí)行驅(qū)動(dòng)，負(fù)責(zé)創(chuàng)建容器運(yùn)行命名空間、容器資源使用的統(tǒng)計(jì)與限制、容器內(nèi)部進(jìn)程的真正運(yùn)行等。
2 現(xiàn)在 Execdriver 默認(rèn)使用 Native 驅(qū)動(dòng)，不依賴于 LXC。
2.7 Libcontainer 「函數(shù)庫」
Libcontainer 架構(gòu)圖
1 Libcontainer 是 Docker 架構(gòu)中一個(gè)使用 Go 語言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的庫，設(shè)計(jì)初衷是希望該庫可以不依靠任何依賴，直接訪問內(nèi)核中與容器相關(guān)的 API。
2 Docker 可以直接調(diào)用 Libcontainer 來操縱容器的 Namespace、Cgroups、Apparmor、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及防火墻規(guī)則等。
3 Libcontainer 提供了一整套標(biāo)準(zhǔn)的接口來滿足上層對(duì)容器管理的需求?；蛘哒f Libcontainer 屏蔽了 Docker 上層對(duì)容器的直接管理。
2.8?Docker Container 「服務(wù)交付的最終形式」
Docker Container 架構(gòu)
1 Docker Container（ Docker 容器 ）是 Docker 架構(gòu)中服務(wù)交付的最終體現(xiàn)形式。
2 Docker 按照用戶的需求與指令，訂制相應(yīng)的 Docker 容器：
用戶通過指定容器鏡像，使得 Docker 容器可以自定義 rootfs 等文件系統(tǒng)。
用戶通過指定計(jì)算資源的配額，使得 Docker 容器使用指定的計(jì)算資源。
用戶通過配置網(wǎng)絡(luò)及其安全策略，使得 Docker 容器擁有獨(dú)立且安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
用戶通過指定運(yùn)行的命令，使得 Docker 容器執(zhí)行指定的工作。
附：本文在《docker源碼分析》基礎(chǔ)上進(jìn)行整理。
大家一起在評(píng)論區(qū)聊聊唄~